Оценка и прогнозирование теплового состояния доменной печи

Магнитогорский Государственный  Технический Университет имени  Г.И. Носова

Курсовая работа на тему

Оценка и прогнозирование теплового  состояния доменной печи

Выполнил  А.В. Бобылев

Проверил  В.Г. Дружков

Магнитогорск

2004 г.

СОДЕРЖАНИЕ

1. Оценка теплового состояния  по виду и химическому анализу  продуктов плавки                                                                                                                      4

2. Оценка теплового состояния  по интенсивности срабатывания подач и состояния фурменных очагов                                                                                6

3. Показания комплекса  контрольно-измерительных приборов, установленных на пульте управления печью                                                      7

4. Химический и гранулометрический  состав железорудного сырья и  кокса, загружаемых в доменную печь                                                                             8

5. Остальные факторы                                                                                          10

В своей текущей работе мастер доменной печи для оценки и предвидения изменений нагрева печи руководствуется следующими параметрами:

1. Видом и химическим анализом продуктов плавки (чугуна, шлака, колошникового газа).
2. Интенсивностью срабатывания подач и состоянием фурменных очагов, оцениваемым через гляделки фурменных приборов.
3. Показаниями комплекса контрольно-измерительных приборов, установленных на пульте управления печью.
4. Химическим и гранулометрическим составом железорудного сырья и кокса, загружаемых в доменную печь.
5. Количеством выпускаемых жидких продуктов плавки, колошниковой пыли, изменениями перепадов температуры охлаждающей воды (в основном шахта, распар, заплечики), количеством выносимых со шлаком кокса (мусора), коксовой мелочи, спели, а также информацией о возможных изменениях вышеперечисленных параметров в ближайшем будущем из-за предполагаемых или наиболее вероятных изменений внешних условий.

Рассмотрим влияние этих параметров подробнее

1.Оценка теплового состояния по виду и химическому анализу продуктов плавки

Являясь одной из важнейших целевых характеристик  процесса для мастера доменной печи, жидкоподвижность шлака во многом определяет его действия. Даже если все остальные параметры работы печи удовлетворительны (качество чугуна и производительность печи), а подвижность шлака недостаточна, мастером принимаются меры для ее повышения. Для этого, в зависимости от условий, уменьшается подача пара в печь, увеличивается расход кокса, снижается расход природного газа, изменяется основность шихты.

На снижение нагрева доменной печи указывает  снижение содержания в чугуне Si, Mn, Ti (два последних при постоянном их приходе) и рост содержания S (при том же приходе серы и той же основности шлака).

Так как  химический анализ чугуна поступает, как минимум, через два часа после отбора пробы, то оценка его производится по внешнему виду.

При повышенном содержании кремния в чугуне повышается его вязкость и коэффициент поверхностного натяжения, кроме того, уменьшается растворимость в металле газов. Вскоре это приводит к тому, что искрение чугуна уменьшается. Уменьшается количество бурого дыма (взвешенных в воздухе оксидов железа) над чугуном. При Si > 1% чугун почти не искрит и не дымит. По канаве он «переваливается» тяжело, сама канава зарастает выпадающими из металла кристаллами аустенита  и графита. Последний выделяется в больших количествах в виде пластинок размером до 3х3 мм в воздух.

И наоборот при похолодании чугун становится жидким, не оставляет на канаве отложений, более того с каждым выпуском размывает её. Металл при содержании Si < 0,5 % становится «волосатым» из-за большого количества мелких искр, сгорающих на удалении 50-150 мм от поверхности чугуна. На выпуске выделяется большое количество бурого дыма.

Повышение содержания марганца в чугуне, которое при постоянном его приходе в печь, говорит о повышении нагрева, выражается в увеличении над металлом на выпуске количества и размера языков пламени.

Повышение содержания серы в чугуне, при той  же основности шлака и приходе ее в печь, говорящее о похолодании, отражается в том, что сульфиды железа плывущие по поверхности металла становятся хорошо заметными в виде пленок.

Повышение содержания титана в чугуне (по опыту  доменщиков НТМК, выплавляющих ванадиевый чугун – Баранов Евгений Николаевич, 2012) определяется в качающемся желобе по налипанию горячего чугуна на бровки желоба при накатывании и отходе «волны» чугуна – определяется по покраснению места наката и отхода.

Кроме того, для оценки теплового состояния  по виду чугуна, важно правильно оценить его температуру. Показания радиационного пирометра должны браться в расчет с учетом направленности его, запыленности и задымленности воздуха между радиационным пирометром и поверхностью металла.

Визуально снижение температуры чугуна выражается в его потускнении (снижении яркости), приобретении им красноватого оттенка, а также увеличении его вязкости, несмотря на пониженное содержание кремния (чугун ‘ломается’).

В химическом составе шлака самым важным показателем, характеризующим похолодание печи, является увеличение содержания моноксида железа (FeO). Визуально это проявляется в том, что остывшая проба шлака, или остывшие корки шлака в канавах приобретают черный цвет. И чем чернее шлак, тем больше содержание в нем моноксида железа, тем ниже уровень нагрева печи.

Увеличение  содержания моноксида марганца (MnО) в шлаке, при неизменном приходе марганца в печь, также говорит о похолодании и визуально выражается в том, что остывшая проба шлака и корки в канавах приобретают светло-зеленый цвет.

Температура шлака на ОАО «ММК» определяется только визуально. На ее снижение, как  признак похолодания, указывает  снижение яркости свечения шлака, уменьшение его текучести (увеличение вязкости), нарастание значительных корок на бровках шлаковых канав. При значительном похолодании над всеми шлаковыми канавами образуются толстые слои застывшего шлака.

Химический  анализ колошникового газа дает информацию о возможности изменения теплового состояния. Если степень использования СО уменьшается, особенно после изменения системы загрузки, то необходимо ожидать похолодания печи через 4-6 часов, тем более значительного, чем значительнее снизилась степень использования восстановительной способности газового потока.

Температура колошникового газа также отражает тепловое состояние печи. Ее падение, при той же температуре загружаемых материалов (не изменяется доля горячего агломерата, нет обильного выпадения осадков) говорит о начале похолодания печи.

2. Оценка теплового состояния  по интенсивности срабатывания  подач и состояния фурменных очагов

Увеличение  числа подач, загружаемых в доменную печь, притом, что количество кислорода  и природного газа, поступающего на фурмы в единицу времени не изменяется, говорит о том, что  уменьшилось количество углерода кокса, которое доходит до фурменных очагов. Это может быть связано:

- с уменьшением  количества углерода кокса, загружаемого  с подачей на колошник (был снят кокс в подачу, уменьшилось содержание углерода в коксе, сбой в работе влагомеров или весовых устройств);

- увеличился расход кокса на процесс прямого восстановления, восстановление примесей (Si, Mn, P, Ti), науглероживание чугуна, выносы со шлаком с соответствующим уменьшением количества кокса, доходящего до фурм.

В любом  случае, ускоренное срабатывание подач свидетельствует об уменьшении количества углерода кокса, приходящегося на 1 тонну чугуна, сгорающего у фурм и, так как у фурм выделяется почти все тепло, расходуемое на процесс получения чугуна, об уменьшении количества тепла, приходящегося на 1 тонну металла. Это вызывает похолодание печи. Снижаются температуры шлака, чугуна, снижение содержания кремния, марганца и титана в металле.

Состояние фурменных очагов - один из важнейших показателей для  прогнозирования теплового состояния  печи. При этом во внимание следует брать не абсолютное значение состояния очагов, а их изменения. Так, например, возможно получение удовлетворительного нагрева чугуна и шлака притом, что на фурмах постоянно появляется неподготовленное полурасплавленное железорудное сырье, фурмы работают неярко (центральный ход) и наоборот печь может работать холодно при ярких и чистых фурмах (периферийный ход).

Появление же (или увеличение количества) полурасплавленных кусков агломерата на фурмах потемнение циркулирующих кусков коса свидетельствует о похолодании печи. Рост яркости на фурмах, уменьшение количества неподготовленных материалов говорит о разогреве печи.

3. Показания комплекса контрольно-измерительных  приборов, установленных на пульте управления печью

Оговоренные выше интенсивность срабатывания подач, температура колошникового газа и температура чугуна фиксируются по шомпольным диаграммам и по диаграмме работы конусов на ленточной и круговой диаграмме соответственно.

Другими фиксируемыми приборами показателями, которые могут указывать на изменение нагрева печи, являются: давление горячего дутья, частные перепады давления газа по высоте печи, расход холодного дутья, выход колошникового газа и термоэлектрическая движущая сила, снимая с кожуха горна.

При похолодании давление горячего дутья падает, в основном за счет нижнего перепада, расход холодного дутья и выход колошникового газа самопроизвольно увеличиваются. При разогреве все изменения прямо противоположны.

Температура периферийных газов, при  отсутствии перераспределения газового потока по радиусу, свидетельствует об изменении нагрева печи наряду с температурой колошникового газа.

Термоэлектрическая движущая сила, снимаемая с кожуха горна, прямо  пропорциональна не только степени полноты горна, но и нагреву чугуна и шлака. Чем выше средний уровень синусоиды, тем выше нагрев и наоборот.

4. Химический и гранулометрический  состав железорудного сырья и  кокса, загружаемых в доменную  печь

Качественные характеристики сырья  следующим образом влияют на нагрев печи.

-Содержание железа в шихте.

При повышении содержания железа, несмотря на то, что удельный расход кокса уменьшается, следует добавлять кокс в подачу во избежание похолодания печи. Это связано с тем, что при росте содержания железа в шихте выход чугуна из подачи увеличивается примерно в 2 раза быстрее, чем уменьшается удельный расход кокса.

-Содержание FeO в агломерате.

Рост содержания моноксида железа FeO в агломерате вызывает уменьшение его восстанавимости и увеличение прочности. В зависимости от взаимного влияния этих факторов изменяется и нагрев печи. В условиях доменного цеха ММК, рост содержания моноксида железа в агломерате чаще всего приводит к разогреву печи. Объясняется это тем, что уменьшенная восстановимость компенсируется лучшим использованием газа в печи при улучшении газораспределения из-за повышения прочностных свойств такого агломерата.

- Гранулометрия железорудного  сырья.

Меньшая доля мелочи в агломерате и окатышах улучшает газораспределение в печи, степень использования восстановительной способности газового потока и, как следствие, приводит к ее разогреву. Однако, разогрев печи может вызвать и большая доля местных окатышей (со складов цеха подготовки аглошихты), которые содержат значительное количество пылеватой фракции. Эта пыль выносится на колошнике в пылеуловитель и, тем самым, снижает рудную нагрузку в оставшейся в печи шихте.

- Содержание золы кокса.

Рост содержания золы вызывает снижение содержания углерода в коксе и  поэтому требует повышения расхода  последнего. Кроме того, с ростом содержания золы увеличивается выход шлака и ,соответственно, расход тепла на 1 тонну чугуна. Все это приводит к похолоданию печи при росте содержания золы в коксе.

- Холодная прочность кокса (М10 и М25).

С ростом прочностных свойств кокса (уменьшение М10 и рост М25) происходит разогрев печи. Это связано с улучшением газораспределения (уменьшается количество мелких фракций, как в шахте, так и горне доменной печи) и повышением степени использования химической энергии газового потока, улучшением работы горна (уменьшение отступлений с дутьем перед выпуском, полная выдача шлака), уменьшением потерь углерода с колошниковой пылью и шлаком (в виде коксовой мелочи и «мусора»).

Восстановимость сырья и горячая прочность  кокса и агломерата на ММК не отслеживается.

5. Остальные факторы.

К другим факторам, которые влияют на нагрев печи и могут дать информацию для его прогнозирования относятся:

• Количество выпускаемых жидких продуктов плавки.

Если из печи, по каким-то причинам (нет посуды, не «работает» летка), выпускают  меньше чугуна и шлака, чем накапливается в горне (определяется по числу взятых подач и теоретическому выходу чугуна и шлака из одной подачи), то печь греется, причем повышение нагрева в этом случае может быть очень резким. Это происходит потому, что, накапливаясь в горне, чугун и шлак вытесняют к фурмам кокс, ранее составлявший коксовую насадку. Сгорая у фурм, такой кокс резко увеличивает количество тепла, приходящегося на единицу образующегося чугуна, таким образом увеличивая его нагрев. И наоборот, если после этого полностью выпустить чугун и шлак из горна, то часть кокса, загруженного в подачу вместе с железорудным сырьем, не сгорит у фурм, а опустится в горн и сформирует там коксовую насадку. При этом в этот момент резко уменьшится количество тепла, приходящееся на 1 тонну чугуна, что приведет к резкому падению его нагрева.

• Количество колошниковой пыли.

Рост выхода колошниковой пыли увеличивает  нагрев печи, так как снижает рудную нагрузку остающейся в печи шихты. Однако так как выпускают пыль один раз в сутки, то для оперативного регулирования и прогнозирования теплового состояния этот метод не применяется. Лишь при загрузке пылеватой шихты (окатышей местного парка) мастер может спрогнозировать увеличение выноса пыли и, соответственно, разогрев печи.

• Перепад температур охлаждающей воды.

В случае, когда резко увеличивается перепад температур охлаждающей воды шахты, распара, заплечиков (это либо определяется водопроводчиком, либо по начавшемуся парению в сливных коробах) следует ожидать резкого падения нагрева из-за скорого прихода в горн оторвавшейся настыли или гарнисажа. В этот момент в печь необходимо загрузить дополнительный кокс, соотнося его количество с величиной роста теплосъемов и обширностью площади, на которой он произошел.

• Количество выносимых со шлаком кокса (мусора), коксовой мелочи, спели.

Следует ожидать похолодания печи при выносе на выпуске «мусора», коксовой мелочи и спели, так как  содержащийся в них углерод не был полезно использован в доменной печи.

Если у мастера появилась  информация о том, что в ближайшем  будущем произойдут изменения, которые приведут к похолоданию печи, он, в зависимости от степени достоверности такой информации, должен принять меры по снижению рудной нагрузки (обратное не верно). Такой информацией может быть сообщение о скором уменьшении расхода природного газа или кислорода, о необходимости снижения температуры горячего дутья и т.д.

Следует отметить, что любые уменьшения нагрева в некоторой степени  сглаживаются запасом тепла в  коксовой насадке горна (так называемая тепловая инерция горна). Коксовая насадка при разогреве «забирает» у шлака часть тепла, а при похолодании «возвращает» его. С одной стороны это затрудняет прогнозирование изменения теплового состояния по внешнему виду чугуна и шлака, а с другой дает некоторый запас времени для принятия мер по коррекции нагрева.